Cultivarea microorganismelor este una dintre principalele tehnici de microbiologie. Pentru creșterea și dezvoltarea microorganismelor în natură și în condiții de laborator, este necesar să se obțină elemente nutritive pentru energie și reacții constructive. Cerințele diferitelor grupe de microorganisme pentru sursele de energie și elementele chimice sunt determinate de capacitățile lor metabolice. Cultivarea și menținerea culturilor microbiene în laborator se bazează pe modelarea habitatelor naturale ale acestui organism în laborator, precum și pe cunoașterea caracteristicilor metabolice.
Cultivarea este etapa principală a procesului tehnologic și determină, în mare măsură, caracteristicile cantitative și calitative ale producției de biologici. În stadiul de cultivare se realizează acumularea atât a biomasei în sine, cât și a produselor metabolismului (activitate vitală) a microorganismelor.
Începutul cercetării cu privire la cultivarea de microorganisme este 1830, atunci când Cañar de Latour, Kyuttsing Schwan și a constatat că, în multe procese de fermentație „vina“ creșterea și multiplicarea drojdiei și a altor microorganisme. Liebig și mulți alți chimiști au fost oponenți ai acestui aviz, care a blocat aceste studii timp de 20 de ani. În 1850, Louis Pasteur, explorarea fiziologia drojdie și bacterii, introduse tehnici aseptice și de cercetare pe mediu minimal dovedit că fermentarea spirtovo-, lactate, uksusno- și butiric cauzate de microorganisme diferite având nevoi diferite substanțe nutritive și oxigen.
Primul mediu cel mai complet a fost pregătit de elevul L. Pasteur Rolanom în 1869 pentru ciupercile din genul Aspergillus. Deși L. Pasteur nu avea o metodă de culturi pure, el și elevii săi au reușit, folosind mediile elective, să dovedească necesitatea microorganismelor în componentele principale și secundare ale mediului și ale surselor de energie.
În 1870, R. Koch a introdus în microbiologia practică metoda culturilor pure, care a garantat producerea de culturi pure de numai anumite specii de bacterii pe mediile nutritive dense sugerate de el.
Nevoia de substanțe complexe necesare pentru microorganisme și numite acum „factori de creștere“, a stabilit mai întâi în 1901 Villedieu. El a demonstrat că vitamina B este unul dintre factorii necesari pentru creșterea drojdiei. In stadiile timpurii ale microorganismelor de cultură microbiologice de studiu a fost efectuat în eprubete sau flacoane de către acestea în creștere pe o suprafață solidă sau medii lichide. Pentru a înconjura cultivarea industrială a microorganismelor, în scopul de a obține de la ei diferite Biologics au început să se mute la utilizarea de mare capacitate sticlărie (saltele, sticle). Mai mult, în astfel de vase, microorganismele au fost cultivate în principal pe agar dens. Etapă nouă în cultivarea microorganismelor a fost aplicată în 1933 și godu metoda Kluyver Perginym agitare baloane cu mediu lichid pe un aer steril forțat hrănire balansoar. Pe această bază sa dezvoltat așa-numita metodă profundă a microorganismelor în creștere.
Un proces biotehnologic industrial în care sistemele celulare sau microorganismele sunt utilizate pentru a produce produse comerciale include de obicei trei etape cheie:
- pregătirea (tratarea materiilor prime utilizate ca sursă de nutrienți și pregătirea, dacă este necesar, a mediilor nutritive);
- biotehnologia (creșterea microorganismului țintă într-o mare - de obicei, mai mare de 100 l - bioreactor (fermentare), cu formarea ulterioară a metabolitului cerut, de exemplu, un antibiotic, un aminoacid sau o proteină (biotransformare));
- obținerea produselor finite (purificarea produsului țintă din componentele mediului de cultură sau din masa celulară).
Direcția cheie a biotehnologiei este intensificarea proceselor de producție. Acest lucru se poate realiza atât prin utilizarea unor noi obiective productive și prin aplicarea unor regimuri tehnologice eficiente. Este necesar să se aleagă substratul optim, să se dezvolte proiectarea aparatului, să se optimizeze condițiile de cultivare a bioobiectului, să se asigure controlul automat pe parcursul procesului, să se dezvolte o metodă de izolare și purificare a produsului țintă finit.
Pentru cultivarea bacteriilor, se folosesc medii nutritive, la care se face o serie de cerințe.
1. Nutriție. Bacteriile trebuie să conțină toate substanțele nutritive necesare.
2. Izotonicitatea. Bacteriile trebuie să conțină un set de săruri pentru a menține presiunea osmotică, o anumită concentrație de clorură de sodiu.
3. pH optim (aciditatea) mediului. Aciditatea mediului asigură funcționarea enzimelor bacteriene; pentru cele mai multe bacterii este 7,2-7,6.
4. potențialul electronic optim, indicând conținutul de oxigen dizolvat în mediu. Ar trebui să fie mare pentru aerobi și scăzut pentru anaerobi.
5. Transparența (creșterea bacteriană a fost observată, în special pentru mediile lichide).
6. Sterilitatea (absența altor bacterii).
Clasificarea mediilor nutritive
1. De origine:
1) naturale (lapte, gelatină, cartofi etc.);
2) mediu artificial - preparat din componente naturale preparate special (peptonă, aminopeptidă, extract de drojdie etc.);
3) mediu sintetic - de o compoziție cunoscută, preparată din compuși anorganici și organici chimici puri (săruri, aminoacizi, carbohidrați etc.).
1) agar simplu - peptonă pe bază de carne - peptonă, agar Hottingera etc;
2) complex - este simplu, cu adăugarea unei componente nutriționale suplimentare (sânge, agar de ciocolată): bulion de zahăr,
supa biliară, agar de zer, agar de gălbenuș, mediu Kitta-Tarozzi, mediu Wilson-Blair etc.
3. Consistența:
1) solid (conține 3-5% agar-agar);
2) Semi-lichid (0,15-0,7% agar-agar);
3) lichid (nu conține agar-agar).
Agar polizaharidă este o compoziție complexă de alge marine, principalul întăritor pentru medii dense (solide).
4. În funcție de scopul PS, distingem:
• mediul pentru menținerea culturii
• Cumulativ (saturație, îmbogățire)
Diagnosticul diferențial este un mediu complex pe care microorganismele din diferite specii cresc diferit, în funcție de proprietățile biochimice ale culturii. Acestea sunt concepute pentru a identifica speciile de microorganisme, sunt utilizate pe scară largă în bacteriologia clinică și cercetarea genetică.
Selective, inhibitive și elective PS sunt concepute pentru a crește un tip strict definit de microorganisme. Aceste medii servesc la izolarea bacteriilor din populațiile mixte și la diferențierea lor de speciile similare. În compoziția lor, adăugați diferite substanțe care suprima creșterea anumitor specii și nu afectează creșterea altora.
Mediul poate fi selectiv prin valoarea pH-ului. Recent, agenții antimicrobieni, cum ar fi antibioticele și alți agenți chimioterapeutici, au fost utilizați ca substanțe care fac media selectivă.
Elective PS au găsit o aplicare largă în izolarea agenților infecțioși intestinali. Când adăugați sau shave-malachit liantovoy verde, săruri biliare (în particular, taurocolic acid de sodiu), cantități considerabile de clorură de sodiu sau dacă monnokislyh săruri au inhibat creșterea E. coli, dar pas de creștere togennyh coliforme bacteriile nu este afectata. Unele medii elective sunt pregătite cu adăugarea de antibiotice.
Mediile pentru menținerea culturii sunt făcute astfel încât să nu aibă substanțe selective capabile să producă variabilitate în cultură.
PS-urile cumulate (îmbogățire, saturație) sunt medii în care anumite tipuri de culturi sau grupuri de culturi cresc mai rapid și mai intens decât cele care însoțesc. Când sunt cultivate pe aceste medii, substanțele inhibitoare nu sunt de obicei utilizate, ci, dimpotrivă, creează condiții favorabile pentru o anumită specie prezentă în amestec. Bazele mediilor de acumulare sunt bilele și sărurile lor, tetrathionatul de sodiu, coloranții diferiți, sărurile selenite, antibioticele etc.
Mijloacele de conservare servesc pentru însămânțarea și transportul primar al materialului de testare.
Există, de asemenea, control PS, care sunt utilizate pentru a controla sterilitatea și contaminarea bacteriană generală a antibioticelor.
5. Pentru setul de nutrienți sunt alocate:
• medii minime care conțin numai surse de energie care sunt suficiente pentru creștere;
• Medii bogate, care includ multe substanțe suplimentare.
6. În ceea ce privește utilizarea SM, ele sunt împărțite în:
> producție (tehnologică);
> mediu pentru cercetarea științifică cu aplicare limitată.
PS de producție ar trebui să fie accesibil, economic, ușor de pregătit și utilizat pentru cultivarea pe scară largă. Mediile de cercetare științifică sunt, de regulă, sintetice și bogate într-un set de substanțe nutritive.
Selectarea materiilor prime pentru construirea de suporturi nutritive
Calitatea PS este determinată în mare măsură de completitudinea compoziției substraturilor nutritive și a materiilor prime utilizate pentru prepararea lor. O mare varietate de tipuri de surse de materii prime reprezintă sarcina complexă de a selecta cele mai promițătoare, potrivite pentru construcția de PS de calitate cerută. Rolul determinant în această problemă este jucat, în primul rând, de parametrii biochimici ai compoziției materiilor prime pe care alegerea metodei și a regimurilor de prelucrare depinde de scopul utilizării cele mai complete și eficiente a nutrienților conținuți în aceasta.
Pentru substațiile cu surse deosebit proprietăți valoroase sunt utilizate în principal tradiționale de proteine animale, și anume carnea de bovine (bovine), cazeină, pește și produse de prelucrare a acestuia. Cele mai dezvoltate și utilizate pe scară largă PS bazate pe carne de bovine.
Având în vedere deficitul de șprot Caspice, sunt utilizate pe scară largă în trecut nu-îndepărtat, pentru baze de nutrienți de pește au început să folosească mai ieftin și produse nealimentare accesibile sunt industria termen de pește - krill uscat, krill deșeuri de prelucrare a cărnii, Pollack sub formă de fileuri și supracopți ouă. Faina de făină de pește (RKM) a primit cea mai mare distribuție, satisfăcând cerințele privind valoarea biologică, disponibilitatea și standardul relativ.
Destul de răspândite PS au primit pe baza cazeinei, care conține toate componentele disponibile în lapte: grăsime, lactoză, vitamine, enzime și săruri. Cu toate acestea, trebuie remarcat faptul că, datorită creșterii costului produselor de prelucrare a laptelui, precum și creșterii cererii de cazeină pe piața mondială, utilizarea sa este puțin limitată.
Din surse de proteine animale necomestibile din material de cali-stve pentru construcția full-PS trebuie vyde turnarea sânge de la animale sacrificate, care este bogat în E-biologic substanțe active și oligoelemente și conține produse ale metabolismului celular și tisular.
Hidrolizații sângelui din animalele agricole sunt utilizați ca substituenți ai peptonei în mediile nutritive de diagnosticare diferențiate.
Alte tipuri de materiale proteinacee de animale umane O-TION care pot fi utilizate pentru a construi MS prin-purtat: placenta si splina RNC, concentrat proteic uscat - ucts pro deșeuri din carne de prelucrare spilkovye pasmanterie obținute în timpul tratamentului pielii, embrionii de pasăre - vaccin plecare pro-ducere, înlocuitori de sânge care au expirat, zer de brânză, țesuturile moi de crustacee și de foci.
Este promițătoare să se folosească carcasele animalelor purtătoare de blănuri din fermele de animale, sângele bovinelor primite la instalația de ambalare a cărnii, laptele degresat și zerul (deșeurile de cremă).
Principalele produse vegetale ca substrat proteic pentru PS este posibilă utilizarea de porumb, soia, mazăre, ct-Tofel, lupin și altele. Cu toate acestea, agricultura vegetală sy-Rieux conține proteine compoziție neechilibrată, care depinde de condițiile de cultură în creștere, precum și lipide în mare cantități decât produsele de origine animală.
Un număr de substraturi compozite au fost dezvoltate din substraturi de proteine de diferite origini. Acestea includ mediu nutritiv de cazeină de drojdie, carne de drojdie, etc. Bazele celor mai cunoscute PS sunt hidrolizatele cazeinei, carnea de bovine și pește (până la 80%).
Greutatea specifică a materiilor prime nealimentare în tehnologia de proiectare PS este de numai 15%, iar în viitor trebuie crescută.
Materiile prime ne-nutritive folosite pentru a obține o bază nutritivă (PS) trebuie să îndeplinească anumite cerințe, și anume:
- calitatea superioară (compoziția cantitativă și calitativă a materiilor prime ar trebui, în principiu, să satisfacă necesitățile nutriționale ale microorganismelor și celulelor pentru care se dezvoltă PS;
accesibile (au o bază de materii prime destul de mari);
^ tehnologic (costul de implementare în producție ar trebui să fie realizat utilizând echipamentele existente sau tehnologia existentă);
- economice (costul introducerii tehnologiei în tranziția la noi materii prime și prelucrarea acesteia nu trebuie să depășească normele de cheltuieli pentru obținerea produsului țintă);
^ standard (au un termen lung de depozitare fără modificarea proprietăților fizico-chimice și a valorii nutriționale)